CN211422535U - 适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，包括接头、钢芯、胚件和多个钻齿，钢芯固定设置在接头的一端，并能够随接头转动，胚件固定设置在钢芯上，多个钻齿能拆卸地设置在胚件上，且多个钻齿间隔分布。本实用新型的有益效果是，本实用新型实施例通过送钻速度与钻头扭矩控制，不需要施加过高的轴向压力，从而实现连续管极低钻压钻进，实现简单连续管作业机可进行连续管钻井作业。
Description
技术领域
本实用新型涉及油井开采设备领域，具体涉及一种适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头。
背景技术
常规聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头)通过施加不同的钻压可以产生不同的切削量，这需要较大的钻压才能实现较高的钻井速度。但连续管钻井时由于连续管无法提供更多的钻压，为此在直井与小井斜钻进时需要加重钻杆或钻铤，但这带来连续管钻井装备的复杂化，需要采用复合型连续管钻机。而水平井则无法施加更大的钻压。
实用新型内容
本实用新型提供了一种适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，以达到简单连续管作业机可进行连续管钻井作业。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，包括接头、钢芯、胚件和多个钻齿，钢芯固定设置在接头的一端，并能够随接头转动，胚件固定设置在钢芯上，多个钻齿能拆卸地设置在胚件上，且多个钻齿间隔分布。
进一步地，钻齿的齿前角应满足以下条件：
其中，α为钻齿的齿前角，n为钻齿的数量，k为钻齿的纵向投影与掘进土方的系数，r为钻齿端部的剖面对应圆弧的半径，(x0,y0)为圆弧对应的圆心坐标，h为对应钻头压力的下的下钻深度，Q为单位时间内钻头掘取岩土量。
进一步地，对应钻头压力的下的下钻深度应满足：h＝μ(F0+Ff-We)，其中，μ为掘进岩层的压力形变系数，F0为开始位置的轴向载荷，Ff为钻杆和钻头受到的摩擦阻力，We为钻杆和钻头受到的浮力。
进一步地，圆弧的弦高与对应钻头压力的下的下钻深度之差应该满足：
进一步地，圆弧的弦高的弦高与对应钻头压力的下的下钻深度之差应该满足：
进一步地，适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头的钻杆所能承受的最大扭矩大于钻头转动产生的阻力。
进一步地，适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头的钻杆所能承受的最大扭矩为
其中Tmax为钻杆承受的最大扭矩，τmax为钻杆材料最大切应力，D为钻杆的外径，e为钻杆内外径比值。
进一步地，钻头转动产生的阻力为
进一步地，钻齿的齿前角取值范围为0°至5°。
本实用新型的有益效果是，本实用新型实施例通过送钻速度与钻头扭矩控制，不需要施加过高的轴向压力，从而实现连续管极低钻压钻进，实现简单连续管作业机可进行连续管钻井作业。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中钻齿的数学建模示意图。
图中附图标记：1、接头；2、钢芯；3、胚件；4、钻齿。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
如图1至图2所示，本实用新型实施例提供了一种适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，包括接头1、钢芯2、胚件3和多个钻齿4，钢芯2固定设置在接头1的一端，并能够随接头1转动，胚件3固定设置在钢芯2上，多个钻齿4能拆卸地设置在胚件3的外周上，且多个钻齿4间隔分布。
本实施例相比较传统方式，不需要施加过高的轴向压力，从而实现连续管极低钻压钻进，实现简单连续管作业机可进行连续管钻井作业。
钻齿4的齿前角应满足以下条件：
其中，α为钻齿4的齿前角，n为钻齿4的数量，k为钻齿4的纵向投影与掘进土方的系数，r为钻齿4端部的剖面对应圆弧的半径，(x0,y0)为圆弧对应的圆心坐标，h为对应钻头压力的下的下钻深度，Q为单位时间内钻头掘取岩土量，按照钻头的以及需要的其它参数，求解Q最大时，此时对应的钻齿4的齿前角为α即为最佳值。
进一步地，对应钻头压力的下的下钻深度应满足：h＝μ(F0+Ff-We)，其中，μ为掘进岩层的压力形变系数，F0为开始位置的轴向载荷，Ff为钻杆和钻头受到的摩擦阻力，We为钻杆和钻头受到的浮力。
优选地，圆弧的弦高与对应钻头压力的下的下钻深度之差应该满足：
并且同时应满足：
本实用新型实施例通过送钻速度与钻头扭矩控制，不需要施加过高的轴向压力，从而实现连续管极低钻压钻进，实现简单连续管作业机可进行连续管钻井作业。
在一种实施例中，适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头的钻杆所能承受的最大扭矩大于钻头转动产生的阻力，以保证钻杆不断裂。
具体地，适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头的钻杆所能承受的最大扭矩为
钻头转动产生的阻力为
其中Tmax为钻杆承受的最大扭矩，τmax为钻杆材料最大切应力，D为钻杆的外径，e为钻杆内外径比值。
优选地，钻齿4的齿前角取值范围为0°至5°，在该范围内的齿前脚为最佳值，并且能够满足我国岩土层的实际情况。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：本实用新型实施例通过送钻速度与钻头扭矩控制，不需要施加过高的轴向压力，从而实现连续管极低钻压钻进，实现简单连续管作业机可进行连续管钻井作业。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (9)
1.一种适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，包括接头(1)、钢芯(2)、胚件(3)和多个钻齿(4)，钢芯(2)固定设置在接头(1)的一端，并能够随接头(1)转动，胚件(3)固定设置在钢芯(2)上，多个钻齿(4)能拆卸地设置在胚件(3)上，且多个钻齿(4)间隔分布。
2.根据权利要求1所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，钻齿(4)的齿前角应满足以下条件：
其中，α为钻齿(4)的齿前角，n为钻齿(4)的数量，k为钻齿(4)的纵向投影与掘进土方的系数，r为钻齿(4)端部的剖面对应圆弧的半径，(x0,y0)为所述圆弧对应的圆心坐标，h为对应钻头压力下的下钻深度，Q为单位时间内所述钻头掘取岩土量。
3.根据权利要求2所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，对应钻头压力下的所述下钻深度应满足：h＝μ(F0+Ff-We)，其中，μ为掘进岩层的压力形变系数，F0为开始位置的轴向载荷，Ff为钻杆和所述钻头受到的摩擦阻力，We为所述钻杆和所述钻头受到的浮力。
4.根据权利要求3所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，所述圆弧的弦高与对应钻头压力下的所述下钻深度之差应该满足：
5.根据权利要求4所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，所述圆弧的弦高与对应钻头压力下的所述下钻深度之差应该满足：
6.根据权利要求5所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，所述适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头的钻杆所能承受的最大扭矩大于钻头转动产生的阻力。
7.根据权利要求6所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，所述适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头的钻杆所能承受的最大扭矩为
其中Tmax为所述钻杆承受的最大扭矩，τmax为钻杆材料最大切应力，D为钻杆的外径，e为钻杆内外径比值。
8.根据权利要求7所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，所述钻头转动产生的阻力为
。
9.根据权利要求8所述的适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头，其特征在于，钻齿(4)的齿前角取值范围为0°至5°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921677207.7U CN211422535U (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921677207.7U CN211422535U (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN211422535U true CN211422535U (zh) | 2020-09-04 |
Family
ID=72284555
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201921677207.7U Active CN211422535U (zh) | 2019-10-09 | 2019-10-09 | 适用于连续管钻井的聚晶金刚石复合片钻头 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN211422535U (zh) |
-
2019
- 2019-10-09 CN CN201921677207.7U patent/CN211422535U/zh active Active
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